KR100415128B1 - Motor drive system - Google Patents

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Abstract

In a drive for railway vehicles and guided vehicles the cooling of the drive motor (8) is to be improved. To this end, there is an electromagnetic revolution speed limiting and regulating device (5-7) between the motor shaft (3) and the fan wheel (1) which limits the required quantity of cooling air as the motor speed increases above that of the fan wheel, in which the fan wheel speed can be reduced in relation to the motor speed from a predeterminable motor speed.

Description

전동기 구동 시스템Motor drive system

회전 전류-철도 견인 모터와 같은 철도 차량 및 궤도 차량용 전동기는, 모터-토크 및 모터 중량 그리고 구조적 형태를 작게 유지하기 위해 점점 더 높은 회전수로 작동된다. 독일 특허 출원 공고 명세서 25 14 265호에 따라, 모터를 냉각시키기 위해 모터 샤프트상에 고정 배치된 하나의 팬휠이 제공되며, 상기 팬휠은 개별 모터 회전수로 구동되고, 모터에 의해서 또는 특수한 외부-냉각 채널을 통해 주변 공기를 흡입하거나 또는 밀어낸다.Rotational current - railway vehicles such as railway traction motors and electric motors for tracked vehicles are operated at increasingly higher revolutions to keep the motor-torque and motor weight and structural form small. According to German Patent Application Publication No. 25 14 265, there is provided a single fan wheel fixedly disposed on a motor shaft for cooling the motor, the fan wheel being driven by a separate motor rotational speed and being driven by a motor or a special external- Inhale or extrude ambient air through the channel.

주변 공기 및 모터의 공기 이송량에 의존하지 않도록 하기 위해, 공기 가이드 장치 및 고유의 송풍기 모터를 갖춘 외부 환기 장치를 기초로하여 또는 수냉 장치를 기초로하여 작동되는 외부 냉각 시스템이 이미 제안되었다. 그러나 상기 냉각 시스템 및 상기 시스템의 제어는 비용이 많이 든다.In order to avoid dependence on ambient air and on the air transfer rate of the motor, an external cooling system has already been proposed, which is operated on the basis of an external ventilation device with an air guide device and a unique blower motor or on the basis of a water- However, the control of the cooling system and the system is costly.

회전 속도가 상승됨에 따라 증가되는 모터 소음을 환기 장치에 의해 감소시키기 위해, 스위스 특허 출원 공개 명세서 664 242호에는 회전하는 전기 기기용 냉각 공기 환기 장치가 공지되어 있는데, 상기 장치는 요우크에 고정된 고정자, 및 상기 요우크상에 회전 가능하게 지지된 샤프트상에 고정된 회전자를 포함하며, 이 경우 상기 냉각 공기 환기 장치는 베어링에 의해 샤프트상에 회전 가능하게 배치된다. 다수의 자석쌍이 상기 회전자 또는 환기 장치 위에 고정된다. 철을 함유하지 않는 플레이트는 상기 환기 장치에 또는 회전자에 고정되며, 상기 자석쌍 사이에 배치된 링형 플랜지를 포함한다. 상기 환기 장치는 플레이트 플랜지내에서 유도되 는 와류와 자석 사이의 상호 작용에 의해 구동된다. 속도의 함수로서 증가하는 슬립이 나타나며, 환기 장치에 의해 야기되는 소음 레벨이 감소된다. 회전수가 높은 경우에는 충분한 주행 공랭이 바람직하게 이루어질 수 있기 때문에, 커플링의 종속작용은 무효화될 때까지 정지될 수 있다.In order to reduce the motor noise which is increased as the rotational speed is increased by the ventilator, Swiss patent application publication number 664 242 discloses a cooling air ventilation device for rotating electrical equipment, A stator and a rotor fixed on a shaft rotatably supported on the yawing surface, wherein the cooling air ventilation device is rotatably disposed on the shaft by a bearing. A plurality of magnet pairs are fixed on the rotor or ventilator. The iron-free plate is fixed to the ventilator or to the rotor and includes a ring-shaped flange disposed between the pair of magnets. The ventilator is driven by the interaction between the vortex induced in the plate flange and the magnet. An increase in slip as a function of speed appears, and the noise level caused by the ventilator is reduced. In the case where the rotation speed is high, since the sufficient running air cooling can be preferably performed, the dependent action of the coupling can be stopped until it is invalidated.

전술한 모터 냉각시, 모터 샤프트상에 고정 배치된 팬휠에 각각의 모터 회전수에 비례하여 냉각 공기량을 발생하며, 따라서 통상적으로 높은 회전수 범위내에서는 냉각에 필요하지 않은 많은 냉각 공기량이 생기고, 상기 과공기는 높은 에너지 소비 및 심한 방해 소음을 야기한다. 높은 에너지 소비는 또한 구동 모터의 불필요한 가열을 야기시킨다.During cooling of the motor described above, a cooling air amount is generated in a fan wheel fixedly disposed on the motor shaft in proportion to the number of revolutions of the respective motors. Therefore, a large amount of cooling air, which is not necessary for cooling, Overfire causes high energy consumption and severe disturbance noise. High energy consumption also causes unnecessary heating of the drive motor.

본 발명은 하나의 전동기, 및 모터 샤프트상에 배치된 하나 이상의 팬휠을 갖는, 특히 철도 차량 및 궤도 차량용 전동기 구동 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템에서 모터 회전수에 의존하는 전자기 슬립핑 클러치는 상기 모터 샤프트상에 자유롭게 회전 가능하도록 지지된 팬휠과 모터 샤프트 사이에 배치된다.The present invention relates to an electric motor drive system for a railway vehicle and a tracked vehicle, particularly having one electric motor and one or more fan wheels disposed on the motor shaft, wherein the electromagnetic slip clutch, which depends on the motor speed, And is disposed between the motor shaft and the fan wheel supported so as to be freely rotatable.

본 발명은 도면을 참조하여 하기의 실시예에서 자세히 설명된다.The present invention is described in detail in the following embodiments with reference to the drawings.

도 1은 특히 높은 회전수로 작동될 수 있는 회전 전류-철도 견인 모터에 적합한, 본 발명에 따른 전동기 구동 시스템의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a motor drive system according to the present invention, which is suitable for a rotating current-rail traction motor which can be operated at a particularly high number of revolutions.

본 발명의 목적은, 구동 모터의 냉각, 기능 안전성 및 구성과 관련하여 전술한 전동기 구동 장치를 개선시키고 단순화하는 것이다.It is an object of the present invention to improve and simplify the above-described motor drive device in terms of cooling, functional safety and configuration of the drive motor.

상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 본 발명에의해, 비교적 낮은 모터 회전수에서는 냉각 공기량이 충분히 이용되는 한편, 모터 회전수가 비교적 높거나 또는 높은 경우에는 이송되는 냉각 공기량이 더 이상 상승되는 모터 회전수에 비례하여 증가되지 않는다. 모터 샤프트에 대해 축방향 고정 장치가 팬휠 보스를 위해 제공되고, 스페이서를 갖는 열절연 장치가 상기 팬휠의 베어링과 전자기부 사이에 배치됨으로써, 커플링의 조립은 간단해지고 구동 장치의 기능 안전성은 높아진다.This object is achieved by the features of claim 1 according to the invention. According to the present invention, the cooling air amount is sufficiently utilized at a relatively low motor rotation speed, whereas when the motor rotation speed is relatively high or high, the amount of cooling air to be conveyed is not increased in proportion to the motor rotation speed at which it is further raised. The axial securing device is provided for the fan wheel boss with respect to the motor shaft and the heat insulating device with the spacer is disposed between the bearing and the electromagnetic part of the fan wheel so that the assembly of the coupling is simplified and the functional safety of the drive device is enhanced.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 모터 샤프트상에 자유롭게 회전 가능하게 지지된 팬휠과 모터 샤프트 사이에는 모터 회전수에 의존하여 작용하는 전자기 슬립핑 클러치가 제공되며, 모터 샤프트의 회전수가 증가할 때 상기 클러치의 종속 작용은 거의 무효화될 때까지 중단되다가 모터 샤프트의 회전수가 감소될 때 다시 완전한 종속 작용이 이루어질 때까지 상기 종속 작용이 증가되는 방식으로 이루어진다.In a preferred embodiment of the present invention, an electromagnetic slipping clutch is provided between the fan shaft and the motor shaft rotatably supported on the motor shaft in dependence on the number of revolutions of the motor, and when the number of rotations of the motor shaft increases, Is effected in such a way that the dependency of the motor shaft is stopped until it is almost invalidated and the dependency is increased until the full dependent action is again made when the number of revolutions of the motor shaft is reduced.

따라서, 공지된 외부 환기 장치 또는 수냉 장치를 이용하지 않고서도 그리고 많은 기술적인 비용 또는 필수 조건 즉, 특수하고 비싼 스위칭 장치 및 모니터링 장치를 투입하지 않고서도, 주행 동작에 매칭되는 모터 냉각이 이루어질 수 있다. 또한, 보다 간단하고 강력한 고유의 환기 장치를 갖춘 전동기 구동 장치가 구현될 수 있다.Thus, motor cooling can be achieved without using a known external ventilator or water cooling device and without incurring many technical expense or prerequisites, that is, without introducing special and expensive switching devices and monitoring devices . In addition, a motor drive device having a simpler and stronger inherent ventilation device can be realized.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 발생되는 냉각 공기량의 회전수 비례성은 단지 냉각 요구 조건을 만족하는 회전수까지만 유지될 수 있고, 상기 회전수부터는 팬휠이 작은 회전수로 구동됨으로써, 에너지 소비 및 송풍기의 소음이 현저하게 감소될 수 있다.In the preferred embodiment of the present invention, the proportion of the generated cooling air amount to the rotation number can be maintained only to the number of revolutions satisfying the cooling requirement, and since the fan wheel is driven at a small number of revolutions from the number of revolutions, Can be significantly reduced.

본 발명의 바람직한 실시예는 다른 청구항에서 제공된다.Preferred embodiments of the invention are provided in other claims.

하나의 모터 베어링(4) 및 하나의 모터 샤프트(3)는 공지된 전동기(8)에 의해 설명된다. 상기 모터 샤프트(3)상에는 전동기(8)를 공랭시키기 위한 하나의 팬휠(1)이 제공된다. 이 경우 팬휠의 보스(11)가 베어링(2)의 중간 장치 하부에 있는 모터 샤프트(3)상에서 자유롭게 회전될 수 있도록 지지됨으로써, 상기 팬휠이 직접 방식 구동 장치 없이도 모터(8)와 커플링된다.One motor bearing 4 and one motor shaft 3 are described by a known motor 8. On the motor shaft 3, a fan wheel 1 for air cooling the electric motor 8 is provided. In this case, the boss 11 of the fan wheel is supported so as to be freely rotatable on the motor shaft 3 at the lower portion of the intermediate device of the bearing 2, so that the fan wheel is coupled to the motor 8 without the direct mode drive device.

모터 샤프트(3)상에 자유롭게 회전될 수 있도록 지지된 팬휠(1)과 상기 모터 샤프트 사이에는 냉각 공기 송풍기용 전자기 회전수 제한 장치 및 회전수 조절 장치가 있다. 실시예에서 전자기 슬립핑 클러치(5 - 7)로 설계된 상기 장치는, 팬휠에 작용하는 구동 작용이 모터 회전수가 증가함에 따라, 특히 소정의 회전수 범위부터 상기 슬립핑 클러치를 통해 감소되는 방식으로 작용한다. 상기 슬립핑 클러치는 다른 한편으로, 소정의 회전수 범위 아래로 모터 회전수가 떨어질 때 팬휠에 작용하는 커플링의 구동 작용이 증가되도록 작용한다.Between the fan wheel 1 supported so as to be freely rotatable on the motor shaft 3 and the motor shaft, there are an electromagnetic speed limiter for the cooling air blower and a rotation speed regulator. The device designed with the electromagnetic slipping clutch 5 - 7 in the embodiment is characterized in that the drive action acting on the fan wheel is effected in such a way that as the number of motor revolutions increases, in particular through the slip clutch, do. On the other hand, the slipping clutch acts to increase the driving action of the coupling acting on the fan wheel when the motor rotation speed falls below the predetermined rotation speed range.

도시된 실시예에서 모터 샤프트(3)는 예컨대 링형 리세스(13)내에서 영구 자석(5)을 지지하는 한편, 상기 팬휠(1) 또는 팬휠 보스(11)에는 바람직하게 자기성 재료(6)내로 삽입되는 하나 이상의 단락 권선 또는 케이지 권선(7)이 장치된다. 실시예에서 상기 장치는, 팬휠 베어링(2)과 전자기부(6, 7) 사이에 스페이서(10)를 갖는 하나의 열 절연 장치가 상기 장치에 제공되고, 모터(8)를 향한 상기 전자기부 (6, 7)의 측면상에 축방향 고정 장치(9)가 제공되도록 형성된다. 팬휠의 날개는 도면 부호 (12)로 표시되었다.In the illustrated embodiment, the motor shaft 3 supports the permanent magnet 5, for example, in the ring-shaped recess 13, while the fan wheel 1 or the fan wheel boss 11 is preferably provided with a magnetic material 6, One or more short-circuit windings or cage windings 7 are inserted. The apparatus is provided with one thermal insulation device with spacers 10 between the fan wheel bearings 2 and the electromagnetic parts 6 and 7 so that the heat generated by the electronic part 6, 7) on the side of the shaft fixing device (9). The wings of the fan wheel are indicated by reference numeral 12.

도시되지 않은 실시예에 따라, 영구 자석이 또한 팬휠에도 배치됨으로써 전자기부(6, 7)가 모터 샤프트에 배치될 수 있다. 상기 슬립핑 클러치의 자기성 여기는 영구 자석을 통해서 및 모터 샤프트(3) 또는 팬휠(1)의 회전에 의해 이루어진다. 팬휠의 종속 작용에 필요한 토크는 케이지 회전자를 갖는 비동기 장치에서와 동일한 원리로, 단락 권선(7)내에서의 전기 전압의 유도에 의해 형성된다. 상기 케이지 권선은 - 영구 자석의 설치에 의존하여 - 팬휠내에 또는 모터 샤프트상에 배치될 수 있고, 자기성 재료(6)내에 삽입된다. 상기 장치는 특히, - 상황에 따른 반응 모멘트는 제외하고 - 예정된 회전수에서 최대 모멘트(미동 모멘트(tilting moment))가 달성되도록 측정되며, 상기 회전수에서는 모멘트가 공기 역학적 순환의 압력 강하를 극복하기에 충분하다. 상기 회전수는 통상적으로 최대 회전수의 60 내지 70%이다. 모터 회전수가 상기 값을 초과하면, 팬휠용 커플링의 토크-슬립핑-특성 곡선으로 인해 비교적 낮은 회전수가 설정되고, 그럼으로써 냉각 공기량, 에너지 비용 및 팬 소음이 감소된다.According to the embodiment, which is not shown, the permanent magnets are also arranged in the fan wheel so that the electromagnetic parts 6, 7 can be arranged on the motor shaft. The magnetic excitation of the slip clutch is achieved by means of permanent magnets and by rotation of the motor shaft (3) or the fan wheel (1). The torque required for the dependence of the fan wheel is formed by induction of the electric voltage in the short-circuited winding 7, on the same principle as in the asynchronous apparatus having the cage rotor. The cage windings can be arranged in the fan wheel or on the motor shaft and are inserted in the magnetic material 6, depending on the installation of the permanent magnets. In particular, the device is characterized in that: - a maximum moment (tilting moment) at a predetermined number of revolutions is measured to be achieved, with the exception of the reaction moment according to the situation, at which the moment exceeds the pressure drop of the aerodynamic circulation Is sufficient. The number of revolutions is typically 60 to 70% of the maximum number of revolutions. If the motor rpm exceeds this value, a relatively low rpm is set due to the torque-slip-characteristic curve of the coupling for the fan wheel, thereby reducing the amount of cooling air, energy cost and fan noise.

본 발명에 따른 전동기 구동 시스템은 철도 차량 및 궤도 차량에 이용될 수 있다.The electric motor drive system according to the present invention can be used for railway vehicles and track vehicles.

Claims (7)

하나의 전동기(8) 및 모터 샤프트(3)상에 배치된 적어도 하나의 팬휠(1)을 가지며, 모터 회전수에 의존하는 전자기 슬립핑 클러치가 상기 모터 샤프트상에 자유롭게 회전 가능하도록 지지된 팬휠과 모터 샤프트 사이에 배치되도록 구성된, 특히 철도 차량 및 궤도 차량용 전동기 구동 시스템에 있어서,An electromagnetic slip clutch having at least one electric motor 8 and at least one fan wheel 1 disposed on the motor shaft 3 and dependent on the number of revolutions of the motor is rotatably supported on the motor shaft, A motor drive system for a railway vehicle and a tracked vehicle, which is arranged to be disposed between motor shafts, 냉각 공기의 이송을 필요한 냉각 공기량으로 제한하는 전자기 회전수 제한 장치 및 전자기 회전수 조절 장치(5 - 7)가 모터 샤프트(3)와 팬휠(1) 사이에 제공되며,An electromagnetic speed limiter and an electromagnetic speed controller 5 - 7 are provided between the motor shaft 3 and the fan wheel 1 for limiting the transfer of the cooling air to the required amount of the cooling air, 모터 샤프트의 회전수가 증가할 때 상기 클러치의 종속 작용은 거의 무효화 될 때까지 중단되다가 모터 샤프트의 회전수가 감소될 때 다시 완전한 종속 작용이 이루어질 때까지 상기 종속 작용이 증가되는 방식으로, 팬휠의 회전수가 소정의 모터 회전수부터는 모터 회전수에 비해 감소될 수 있으며,When the number of revolutions of the motor shaft increases, the dependency of the clutch is stopped until it is almost invalidated, and when the number of revolutions of the motor shaft is reduced, The motor rotation speed can be reduced from the predetermined motor rotation speed to the motor rotation speed, 상기 팬휠(1)은 팬휠 보스(11)내에 삽입된 베어링(2)을 통해 상기 모터 샤프트(3)상에 자유롭게 회전 가능하도록 지지되고,The fan wheel 1 is rotatably supported on the motor shaft 3 via a bearing 2 inserted in the fan wheel boss 11, 상기 팬휠 보스는 모터 샤프트(3)에 대해 축방향 고정 장치(9)를 포함하며,The fan wheel boss includes an axial locking device (9) with respect to the motor shaft (3) 상기 모터 샤프트(3)가 영구 자석(5)을 지지하고, 상기 팬휠(1)의 보스(11)내에 단란 권선(7)이 제공되거나, 또는 상기 팬휠에 영구 자석이 제공되고, 모터샤프트에 단란 권선이 제공되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.Wherein the motor shaft 3 supports the permanent magnet 5 and a winding 7 is provided in the boss 11 of the fan wheel 1 or a permanent magnet is provided to the fan wheel 1, Wherein a winding is provided. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 단락 권선(7)이 자기화 가능한 재료(6)내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.And the short-circuit winding (7) is inserted into the magnetizable material (6). 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 팬휠의 베어링(2)과 전자기부(5 - 7) 사이에 스페이서(10)를 갖는 열절연 장치가 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.Characterized in that a thermal insulation device having a spacer (10) is arranged between the bearing (2) of the fan wheel and the electromagnetic part (5 - 7). 제 1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,4. The method according to any one of claims 1 to 3, 캡슐화된 또는 폐쇄 통풍형 전자 모터(8)용 팬휠(1)이 흡입 환기 장치 또는 압력 환기 장치용 모터 샤프트(3)상에 자유롭게 지지 및 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.Characterized in that a fan wheel (1) for an encapsulated or closed ventilated electronic motor (8) is freely supported and formed on a motor shaft (3) for a suction ventilator or pressure ventilator. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,4. The method according to any one of claims 1 to 3, 영구 자석(5) 및/또는 자기화 가능한 재료(6)내에 삽입된 단락 권선(7)이 링형으로 또는 부분적으로 링형으로 팬휠(1)의 보스(11)내에 또는 모터 샤프트(3)내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.The short circuit winding 7 inserted into the permanent magnet 5 and / or the magnetizable material 6 is inserted into the boss 11 of the fan wheel 1 or into the motor shaft 3 in the form of a ring or partly ring And the motor drive system. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,4. The method according to any one of claims 1 to 3, 모터 샤프트와 팬휠 사이의 최대 미동 모멘트 또는 최고 종속 작용이 예정된회전수에서 달성되도록 전자기 슬립핑 클러치(5 - 7)의 치수가 설정되고, 상기 회전수에서는 모멘트가 공기 역학적 순환의 압력 강하를 극복하기에 충분하며, 상기 회전수는 최대 회전수의 60 내지 70% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.The electromagnetic slipping clutch (5 - 7) is dimensioned such that the maximum or minor action or maximum subordinate action between the motor shaft and the fan wheel is achieved at a predetermined number of revolutions, at which the moment overcomes the aerodynamic cyclic pressure drop , And the number of revolutions is in the range of 60 to 70% of the maximum number of revolutions. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,4. The method according to any one of claims 1 to 3, 높은 회전수로 작동될 수 있는 회전 전류-철도 견인 모터를 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.Characterized in that it is provided for a rotating current-rail traction motor which can be operated at a high number of revolutions.
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